用于模型辅助地确定在废气外反馈的情况下流入发动机的气缸中的新鲜空气量的方法

摘要

借助一个吸气管充量模型计算实际上流入气缸的新鲜空气量,其中,对模型的描述建筑在一个非线性的微分方程上。其中,选择的模型列式包括对废气外反馈的模拟、对可变的吸气系统的模拟和对具有可变的阀控制装置的系统的模拟。该模型辅助的负荷采集装置可用在面向空气量的和面向吸气管压力的发动机控制装置中,在稳定的和不稳定的运作中,以模型调节回路为表现形式的修正系统在模型参数具有不精确的情况下可永久地改善精确度,即可进行模型补偿。

说明书

本发明涉及权利要求1的前序部分所述的一种用于模型辅助地确定在废气外反馈的情况下流入发动机的气缸中的新鲜空气量的方法。

喷射式发动机的发动机控制系统或者是用被发动机吸进的空气量或者是用进气管压力作为衡量发动机负荷的标准。

因此，为了计算喷射时间，面向空气量的发动机控制系统需要出自吸气管进入相应的气缸中的新鲜空气量。如果发动机设有用以把一部分废气反馈入吸入侧翼的废气外反馈装置，则在譬如可通过废气外反馈速率的和/或节气门位置的变化导致的、不稳定的运行中，设在节气门上游的空气量测量仪的信号不是气缸的实际充量的衡量标准。充量随吸气管中的混合气分压力的变化而发生变化，据此，为了精确地确定负荷的大小，吸气管中的绝对压力和分压力必须是已知的。

面向吸气管压力的发动机控制系统通过压力测量只可探测吸气管中的绝对压力。但因为通过新鲜气体分压力确定燃料计量，所以必须以适宜的方式确定新鲜气体的分压力并在废气反馈的情况下也确定残余气体的分压力。

建筑在物体列式基础上的、模型辅助的计算方法是精确确定空气量的好的起点。

在同一申请人的未预先公布的德国专利申请P 195 13 601.2中描述了一种用于模型辅助地确定在无废气反馈的情况下流入发动机的气缸中的空气量的方法。其中，借助一个吸气管充量模型，从节气门开度和发动机转速中得出吸气管压力、节气门处的空气流量和进入气缸的空气流量等数值并且计算负荷的大小，在负荷的基础上确定喷射时间。

在负荷探测传感器的，即空气量测量仪的和吸气管压力传感器的信号的基础上，经过一个模型调节回路最大限度地缩小被测参数和模型参数之间的误差，从而减少吸气管充量模型的参数误差的效应。这种接近在发动机的稳定的和不稳定的运作中可使模型得到永久修正，据此，可很精确地估算出发发动机的负荷。

DE 39 19 488 C2公开了一种用于调节和预先确定面向吸气管压力的发动机的进气量的设备，其中，节气门开度和发动机转速被用作计算被吸入发动机的燃烧室的空气的当前值的基础。该计算的、当前的进气量被用作计算，从曾进行计算的时刻起在确定的时间可吸进发动机的燃烧室的吸气量的预先确定的值的基础。在节气门下游被测量的压力信号借助理论的关系式被修正，据此，可提高确定进气量的精确度并从而可更精确地计算喷射时间。

发明的任务在于提供一种方法，用以在具有废气反馈装置的发动机中，在发动机的稳定的和不稳定的运作中尽可能精确地确定吸气管中的新鲜气体的和残余气体的分压力并可把其用作对喷射时间进行精确计算的基础。

解决以上任务的技术方案在于权利要求1的特征。在从属权利要求中描述了优选的实施形式。

借助以下示意性的附图描述本发明的方法的一个实施例。附图所示为：

图1包括相应的模型参数和被测参数在内的汽油机吸气系统的原理示意图；

图2流量函数及其所属的折线近似，

图3用于在废气反馈的情况下确定流入发动机的气缸中的新鲜空气量的模型调节回路的原理图，

图4用于在关断废气反馈装置期间修正吸气管压力和空气量之间的关系的模型调节回路的原理图。

从一公开的列式出发，得出建筑在一个非线性微分方程式上的模型描述。下面介绍对该非线性方程式的近似。在该近似的结果中，可借助一个双线性的方程式描述系统特性，该双线性的方程式在实时条件下可快速地解汽车的发动机控制装置中的关系式。其中，所选择的模型列式包括对废气外反馈装置的模拟、对可变的吸气系统及对具有可变的阀控制装置的系统的模拟。通过这种设置并通过动态的后续扫气，即通过在吸气管中对压力波的反射所引起的效应，可仅通过对模型的可稳定确定的参数的选择得到很好的考虑。所有的模型参数一方面是可物理解释的并且另一方面可仅从稳定的测量中取得。

用于吸气系统的模型的、用以时间分立地解微分方程式的大部分算法特别是在节气门上的压降小时，即在满负荷的情况下，要求很小的运算步幅，以便数值稳定地工作。后果是在确定负荷的大小时会使计算费用变得不合理。因为负荷探测系统大多是弧段同步地工作的，即对四缸式发动机而言，每180°曲柄转角有一个测量值被扫描，所以模型方程式也必须弧段同步地被解。下面，一个绝对稳定的差分格式被用于解微分方程式，该差分格式在任何步幅时均保证数值的稳定性。

用于模型辅助地采集负荷的该系统可用在公开的发动机控制系统中，即可用在面向空气量的和面向吸气管压力的发动机控制系统中并且下面阐明以一个模型调节回路为表现形式的修正算法，在出现模型参数不精确度时，该模型调节回路在稳定的和不稳定的运作中可永久地改善精确度，即可进行模型补偿。

对流入发动机的气缸中的新鲜空气量的模型辅助计算是从图1所示的原理设置出发的。为了清晰起见，在图1中只示出了发动机的一个气缸。在图中，用标号10表示发动机的一个吸气管，在该吸气管内设有一个节气门11。该节气门11与一个测定节气门11的开度的节气门位置传感器14相连。在吸气管10中，在节气门11的上游设有一个空气量测量仪12并在节气门11的下游设有一个吸气管压力传感器13。空气量测量仪12的、节气门位置传感器14的和吸气管压力传感器13的输出信号 $>ver>>m>.>>>DK>\_>LMM>>>s>、DKW、P$_S-SEN与发动机的图中未示出的、本已公开的电子控制装置的输入端相连。此外，在图1中还示意地示出了一个进气门15、一个排气门16以及一个在气缸17中运动的活塞18。

为了沿用一个箭头表示的方向对一部分废气进行反馈，设有一个废气反馈管路19，该废气反馈管路19使废气侧翼20与吸气管10连接，据此，废气可在节气门11的下游被导入吸气管10中。一个设在废气侧翼20中的温度传感器32向发动机的控制装置发出一个相当于废气温度的信号。在废气反馈管路19中设有一个废气反馈阀21，该废气反馈阀或者为气动阀结构并借助填充系数经由一个电动气动转换器被驱动，或者为电动阀结构并通过发动机的电子控制装置的相应的驱动信号改变废气反馈管路的开启截面。废气反馈阀21配设有一个位置传感器22，该传感器向电子控制装置发出一个相当于废气反馈阀21的开度的信号AGRW。

此外，在图1中还示出了吸气系统的选择的数值和参数。其中，数值上方的屋脊符号“Λ”意味着：该参数为一个模型参数，而没有屋脊符号的参数表示被测数值。其具体情况为：

R_U表示环境压力，PS表示吸气管压力，TS表示吸气管中的空气温度，VS表示吸气管容积，P_A表示废气背压，T_A表示废气温度，P_RG表示吸气管中的残余气体分压力，P_FG表示吸气管中的新鲜气体分压力。

其上有点符号的数值表示相应参数的第一时间导数。据此， $>ver>>m>.>>DK>>s>表示节气门处的空气流量，$ >ver>>m>.>>RG>>s>表示废气反馈阀处的残余气体流量，$ >ver>>m>.>>>Zyl>->FG>>>s>表示进入气缸中的新鲜气体流量，$ >ver>>m>.>>>Zyl>->RG>>>s>表示进入气缸中的残余气体流量并且$ >ver>>m>.>>Zyl>>s>表示进入气缸中的总流量。$$$$$

如果废气背压、废气反馈阀的开度和废气温度是已知的，无论是借助万有特性曲线通过与工作点有关的参数化，还是通过对相应的传感器的信号的评价使以上参数变得已知，则可计算出通过废气反馈阀的流量。

假设吸气管中的空气温度是恒定的，则可由用于计算吸气管中的绝对压力的理想气体定律列出微分方程式(参见图1)： $>>ver>>Pver>>.>^>>>S>>=>>>>R>L>>·>>T>S>>>>V>S>>>·>>(>ver>>mver>>.>^>>>DK>>+>ver>>mver>>.>^>>>RG>>->ver>>mver>>.>^>>>Zyl>>)>>->->->>(>1.0>)>>>s>式中：$ >ver>>Pver>>.>^>>>S>>s>：模型参数吸气管压力的时间导数$$

R_L：通用气体常数

TS：吸气管中的空气温度

VS：吸气管容积 $>ver>>mver>>.>^>>>DK>>s>：节气门处的模型空气流量$ >ver>>mver>>.>^>>>RG>>s>：废气反馈阀处的模型残余气体流量$ >ver>>mver>>.>^>>>Zyl>>s>：进入气缸的总流量的模型参数。$$$

通过(1.0)描述的比例可没有结构变化地用到具有振荡管式吸气系统和/或谐振吸气系统的多缸式发动机上。

在通过多个喷嘴进行燃料计量的多点喷射系统中，方程式(1.0)比在单点喷射系统中，即在通过一个唯一的燃料喷嘴进行燃料计量的喷射系统中更精确地反映比例。在通过多点喷射系统进行的燃料计量中，几乎整个吸气系统是充满空气的。燃料空气混合物只处在进气门前的一个小的范围内。与此相反，在单点喷射系统中，整个吸气管从节气门至进气门是充满燃料空气混合物的，因为喷嘴设在节气门之前。在该情况下，理想气体的假设比在多点喷射时的理想气体的假设更为近似。在单点喷射时，燃料计量是根据 $>ver>>mver>>.>^>>>DK>>s>进行的，在多点喷射时，燃料计量是根据$ >ver>>mver>>.>^>>>ZYZ>>s>进行的。$$

下面详细描述对流量 $>ver>>mver>>.>^>>>DK>>s>和$ >ver>>m>.>>Zyl>>s>的计算。$$

节气门处空气流量的模型多数 $>ver>>mver>>.>^>>>DK>>s>通过理想气体的通过节气点的流量方程式被描述。据此，空气流量$ >ver>>mver>>.>^>>>DK>>s>以用于超临界压比的流量函数。$ >>ver>>mver>>.>^>>>DK>>=>ver>>A>^>>RDK>>·>>>>2>\kappa >>>\kappa >->1>>>·>>1>>>R>L>>·>>T>S>>>>>·>ver>>P>^>>U>>·>\psi >->->->>(>2.0>)>>>s>或者以用于临界压比的流量函数\psi =常数通过关系式：$ >>\psi >=>>>>(>>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>U>>>)>>>2>\kappa >>>->>>(>>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>U>>>)>>>(>>>\kappa >+>1>>\kappa >>)>>>>>>>>>>>s>被确定，式中：$ >ver>>mver>>.>^>>>DK>>s>：节气门处的空气流量的模型参数$ >ver>>A>^>>RDK>>s>：缩小了的通流截面$$$$$$

K：绝热指数

R_L：通用气体常数 $ver>>Ts>^>>s>：吸气管中的空气温度$ ver>>>P>U>>^>>s>：环境压力的模型参数$$

ψ：流量函数

在节气点上，即在节气门11处出现的流动损失通过节气门处的缩小的截面 $ver>>>A>RDK>>^>>s>被考虑。在节气点前、后的压力已知和通过节气点的流量已知的情况下，从稳定的测量中可说明被节气门位置传感器14得出的节气门角度DKW和相应的、缩小的截面$ >ver>>A>^>>RDK>>s>之间的协调关系。$$

如果节气门处的空气流量 $>ver>>mver>>.>^>>>DK>>s>通过关系式(2.0)被描述，则形成一个复杂的、用于以一个绝对稳定的差分格式数值正确地解微分方程式(1.0)的算法。为了降低计算费用，流量函数\psi 通过一折线被近似。$

图2示出了流量函数ψ的曲线和用到流量函数ψ上的近似原理。在段i,j(i,j=1…K)内，流量函数ψ是通过一条直线表示的。据此，在直线段的数目合理的情况下，流量函数通过 $>>\psi >=>>(>>m>i>>>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>U>>>+>>n>i>>)>>i>=>>(>1>.>.>.>k>)>>->->->>(>2.2>)>>>s>可被良好地近似。$

在该格式中，m_i描述相应的直线段的斜率，n_i描述相应的直线段的绝对项(偏移)。值m_i、n_i分别通用在线性化的各个段中。表示斜率和表示绝对项的值作为吸气管压力与环境压力之比 $>>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>U>>>s>的函数被存入表中。$

在图2的横座标上描绘的吸气管压力与环境压力之比 $>>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>U>>>s>或者吸气管压力与废气背压之比$ >>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>A>>>s>，在纵座标上描绘的是流量函数\psi 的函数值(0-0.3)。$$

通过这一列式，用于计算节气门处的空气流量 $>ver>>mver>>.>^>>>DK>>s>的方程式(2.0)可通过关系式。$ >>ver>>mver>>.>^>>>DK>>=>ver>>A>^>>RDK>>·>>>>2>\kappa >>>\kappa >->1>>>·>>1>>>R>L>>·>>T>S>>>>>·>ver>>P>^>>U>>·>>(>>m>i>>>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>U>>>+>>n>i>>)>>->->->>(>2.3>)>>>s>$$

被近似，式中，i=(1…k)。

对废气反馈阀处的残余气体流量的计算也是用理想气体通过节气点的流量方程式进行的。但在废气反馈阀处存在废气背压P_A和吸气管压力P_S之间压力落差以及废气温度T_A。在该情况下，为了对流量函数ψ进行近似，可考虑值m_j和n_j，因为环境压力 $>ver>>P>^>>U>>s>区别于废气背压$ >ver>>P>^>>A>>s>(图2)。出现的流动损失通过节气点废气反馈阀处的缩小的通流截面A$$_RRG被描述。 $>>ver>>mver>>.>^>>>RG>>=>ver>>A>^>>RRG>>·>>>>2>\kappa >>>\kappa >->1>>>·>>1>>>R>L>>·>>T>A>>>>>·>ver>>P>^>>U>>·>>(>>m>j>>>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>U>>>+>>n>j>>)>>->->->>(>3.0>)>>>s>$

以解析的方式难于计算流入发动机的相应的气缸中的空气量，因为该空气量与充量更换有很大关系。气缸的充填在很大程度上通过吸气管压力、转速并通过气门的控制时间被确定。

因此，为了尽可能精确地计算流入相应的气缸中的流量 $>ver>>mver>>.>^>>>Zyl>>s>，一方面，借助偏微分方程式描述发动机吸气侧翼中的比例，并且另一方面，按照流量方程式计算进气门处的流量作为所需的边界条件是必要的。首先是该复杂的列式允许考虑动态的、主要受转速、吸气管的几何形状、气缸数及气门的控制时间影响的后续扫气效应。$

由于按上述列式计算在发动机的电子控制装置中是不能实现的，所以从吸气管压力 $>ver>>P>^>>S>>s>和流入气缸中的流量$ >ver>>mver>>.>^>>>Zyl>>s>之间的简单的关系出发进行可能的近似。而为了扩大合理的阀控制时间的范围，可良好近似地从形式的一个线性列式$ >>ver>>mver>>.>^>>>Zyl>>=>>\gamma >1>>·>ver>>P>^>>S>>+>>\gamma >0>>->->->->->->>(>4.0>)>>>s>$$$

出发。

其中，关系式(4.0)的斜率γ₁和绝对项γ₀在考虑所有的主要影响因素的情况下是转速的、吸气管的几何形状的、气缸数的、气门控制时间的以及吸气管中的空气温度Ts的函数。其中，通过稳定的测量可得出γ₁和γ₀的值与影响因素转速、吸气管的几何形状、气缸数和气门控制时间及气门升程曲线的关系。通过确定γ₁和γ₀的值，也很好地反映出振荡管式吸气系统和/或谐振吸气系统对被发动机吸进的空气量的影响。γ₁和γ₀的值在与转速n有关的情况下存储在发动机的电子控制装置的特性曲线族中。

吸气管压力Ps被选作用以求得发动机负荷的确定数值。该数值应借助模型微分方程式尽可能精确地和尽可能快地被估算。估算 $>ver>>P>^>>S>>s>需要解方程式(1.0)。$

用方程式(2.3)、(3.0)和(4.0)，式(1.0)在i、j=(1…k)的情况下可通过关系式 $>sup>>>ver>>Pver>>.>^>>>S>>=>>>>R>L>>·>>T>S>>>>V>S>>>·>>>ver>>A>^>>RRG>>·>>>>2>\kappa >>>>(>\kappa >->1>)>>·>>R>L>>·>>T>A>>>>>·>ver>>P>^>>A>>·>[>>m>j>>·>>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>A>>>+>>n>j>>]>->\{>>\gamma >1>>·>ver>>P>^>>S>>+>>\gamma >0>>\}>)>>>ver>>A>^>>RDK>>·>>>>2>\kappa >>>>(>\kappa >->1>)>>·>>R>L>>·>>T>S>>>>>·>ver>>P>^>>U>>·>[>>m>j>>·>>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>U>>>>n>i>>]>+>sup>>->->->>(>5.0>)>>>s>für i,j=(1\dots k)被近似。$

为了解方程式(5.0)，该关系式被转入一个适宜的差分方程式。

对待形成的差分方程的解法特性所提出的如下原则要求可被列为选择适宜的差分格式的准则：

1．在极端的、动态的要求的条件下，差分格式也必须是守恒的，即

差分方程的解法必须相当于微分方程的解法，

2．对于相当于最大可能的弧段时间的扫描时间，数值的稳定性必须

在吸气管压力的整个工作范围(动态范围)中得到保证。

通过隐式的计算方法可满足上述第一个要求。由于通过双线性的方程式(5.0)对非线性的微分方程式(1.0)进行了近似，形成的隐式解法格式在不用迭代法的情况下是可解的，因为差分方程可转入显式。

由于对微分方程式(1.0)进行的条件化并对其进行了近似(5.0)，所以只通过用以形成差分方程的、绝对稳定工作的计算规范就可满足第二个要求。这些过程也被称作绝对稳定的过程。该绝对稳定性的特性在于算法的特性，即在一个稳定的源问题中，对于扫描时间的，即弧段时间TAB的任意的值是数值稳定的。用于数值地解微分方程的、能满足两项要求的计算规范是梯形法则。

在本实施例中，在N=(1…∞)的情况下，通过应用梯形法则建立的差分方程式为： $>>ver>>P>^>>S>>[>N>]>=>ver>>P>^>>S>>[>N>->1>]>+>>>T>AB>>2>>·>>(>ver>>Pver>>.>^>>>S>>[>N>->1>]>+>ver>>Pver>>.>^>>>S>>[>N>]>)>>->->->>(>5.1>)>>>s>$

N=(1…^∞)式中的T_AB表示两个扫描步N之间的时间。

如果微分方程式(5.0)借助梯形法则(5.1)被解，则在N=(1…∞)和i,j=(1…K)的情况下，为至扫描步N时的吸气管压力得出如下关系式： $>>>P>S>>[>N>]>=>>>>P>S>>[>N>->1>]>+>>>T>AB>>2>>·>ver>>Pver>>.>^>>>S>>[>N>->1>]>>>1>->>>T>AB>>2>>·>>>>R>L>>·>>T>S>>>>V>S>>>·>>(>ver>>A>^>>RDK>>[>N>]>·>>>>2>x>>>x>->1>>>>1>>>R>L>>·>>T>S>>>>>·>>m>j>>+>ver>>A>^>>RRG>>[>N>]>·>>>>2>x>>>x>->1>>>>1>>>R>L>>·>>T>A>>>>>·>>m>j>>->>\gamma >1>>)>>>>>s>$ >>+>>>>>T>AB>>2>>·>>>>R>L>>·>>T>S>>>>V>S>>>·>>(>ver>>A>^>>RDK>>[>N>]>·>>>>2>x>>>x>->1>>>>1>>>R>L>>·>>T>S>>>>>·>>n>i>>>·>ver>>P>^>>U>>+>ver>>A>^>>RRG>>[>N>]>·>>>>2>x>>>x>->1>>>>1>>>R>L>>·>>T>A>>>>>·>>n>j>>·>ver>>P>^>>A>>->>\gamma >0>>>)>>>>1>->>>T>AB>>2>>·>>>>R>L>>·>>T>S>>>>V>S>>>·>>(>ver>>A>^>>RDK>>[>N>]>·>>>>2>x>>>x>->1>>>>1>>>R>L>>·>>T>S>>>>>·>>m>j>>+>ver>>A>^>>RRG>>[>N>]>·>>>>2>x>>>x>->1>>>>1>>>R>L>>·>>T>A>>>>>·>>m>j>>->>\gamma >1>>)>>>>>s>$$

N=(1…∞)    i,j=(1…k)    (5.2)式中，〔N〕表示当前的弧段或者当前的运算步，〔N+1〕表示下个弧段或者下个运算步。

如果吸气管中的总压力是已知的，则按照下列关系式可计算吸气管中的残余气体分压力 $>ver>>Pver>>.>^>>>RG>>s>的变化：$ >>ver>>Pver>>.>^>>>RG>>=>>>>R>L>>·>>T>S>>>>V>S>>>·>>(>ver>>mver>>.>^>>>RG>>->ver>>mver>>.>^>>>>Zyl>\_>RG>>>)>>->->->>(>6.0>)>>>s>用方程式(3.0)$ >>ver>>mver>>.>^>>>RG>>=>ver>>A>^>>RRG>>·>>>>2>x>>>x>->1>>>>1>>>R>L>>·>>T>A>>>>>·>ver>>P>^>>A>>·>>(>>m>j>>·>>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>A>>>+>>n>j>>)>>>s>计算通过废气反馈阀的残余气体流量并且用$ >>ver>>mver>>.>^>>>>Zyl>\_>RG>>>=>>\gamma >1>>·>ver>>P>^>>RG>>->->->>(>7.0>)>>>s>$$$$

计算通过废气外反馈进入气缸的残余气体流量。

如果把梯形法则(5.1)用于解计算吸气管中的残余气体分压力的微分方程式(6.0)，则得出用于计算时间点N时的残余气体分压力的关系式 $>>ver>>P>^>>RG>>[>N>]>=>>>ver>>P>^>>RG>>[>N>->1>]>+>>>T>AB>>2>>·>>(>ver>>Pver>>.>^>>>RG>>[>N>->1>]>+>>>>R>L>>·>>T>S>>>>V>S>>>·>ver>>A>^>>RRG>>[>N>]>·>>>>2>·>\kappa >>>>(>\kappa >->1>)>>)>·>>R>L>>·>>T>A>>>>>·>>n>j>>)>>>>1>->>>T>AB>>2>>·>>>>R>L>>·>>T>S>>>>V>S>>>·>>(>ver>>A>^>>RRG>>[>N>]>·>>>>2>·>\kappa >>>>(>\kappa >->1>)>>·>>R>L>>·>>T>A>>>>>·>>m>j>>->>\gamma >1>>)>>>>->->->>(>8.1>)>>>s>此外，关系式$ >>ver>>P>^>>S>>=>ver>>P>^>>FG>>+>ver>>P>^>>RG>>->->->>(>9.0>)>>>s>成立。新鲜气体分压力$ >ver>>P>^>>FG>>s>则为：$ >>ver>>P>^>>FG>>=>ver>>P>^>>S>>->ver>>P>^>>RG>>->->->>(>9.1>)>>>s>$$$$

据此，在发动机的稳定的和不稳定的运作中，吸气管中的新鲜气体分压力和残余气体分压力是已知的。用新鲜气体分压力可计算进入相应的气缸中的新鲜气体流量： $>>ver>>mver>>.>^>>>>ZYL>\_>FG>>>=>>\gamma >1>>·>ver>>P>^>>FG>>+>>\gamma >0>>->->->>(>10.0>)>>>s>$

通过一种简单的积分算法可计算出在进气行程期间被发动机吸进的空气量 $>>ver>>m>^>>>ZYL>\_>FG>>>=>>>T>AB>>2>>·>>(>ver>>mver>>.>^>>>>ZYL>\_>FG>>>[>N>]>+>ver>>mver>>.>^>>>>ZYL>\_>FG>>>[>N>->1>]>)>>->->->>(>10.1>)>>>s>$

通过在燃料计量时和在必要的燃料预存储时系统决定的静止时间，以可选的预测范围预测被发动机吸进的空气量是值得企望的，因为只有如此才能在不稳定的运行中精确地保持所需的燃料空气比。

在被描述的方法中，吸气管中的分压力的随时间的变化的模型参数是以解析的形式存在的。通过H次地应用梯形法则，新鲜气体分压力可通过关系式提前H个弧段地被预测。

如果从经预测时间恒定的值γ₁和γ₀出发，则气缸中的被预测了的新鲜空气量可通过方程式 $>>ver>>m>^>>>Zyl>\_>FG>>>[>N>+>H>]>=>>T>AB>>·>(>>\gamma >1>>·>[>ver>>P>^>>FG>>[>N>]>+>>(>H>+>0.5>)>>·>>>T>AB>>2>>>s>$ >>>(>ver>>Pver>>.>^>>>S>>[>N>->1>]>->ver>>Pver>>.>^>>>RG>>[>N>->1>]>+>ver>>Pver>>.>^>>>S>>[>N>]>->ver>>Pver>>.>^>>>RG>>[>N>]>)>]>+>>\gamma >0>>)>>->->->>(>10.3>)>>>s>被确定。$$

如果人们为预测范围H选择其大小为1…3的值，则用公式(10.3)可为被发动机吸进的新鲜气体量取得高精确度的预测结果。

下面描述对面向空气量的和面向吸气管压力的发动机控制系统的模型补偿原理。

通过采用具有可变的阀控制装置和/或可变的吸气管几何形状的发动机，通过制造公差和老化现象，以及通过温度影响，γ₁和γ₀的值有一定的不精确性。如前所述，用于确定进入气缸中的流量的方程式的参数是多种影响因素的函数，在这些影响因素中，只可探测最主要的影响因素。

在计算节气门处的流量时，探测节气门角度时的测量误差和折线近似流量函数ψ时的近似误差影响到模型参数。特别是在节气门角度小的情况下，系统对上述测量误差的灵敏性很高。因此，节气门位置的小的变化对流量和吸气管压力有很大影响。为了缩小这些影响的效应，下面建议一种方法，该方法可如此地修正影响到模型计算的某些参数，即为发动机的稳定的和不稳定的运作，可使改善精确性的模型拟合得以进行。

用以确定发动机负荷的模型的主要参数的拟合是通过修正量Δ $>ver>>A>^>>RDK>>s>对由测出的节气门角度确定的、缩小了的通流截面$ >ver>>A>^>>RDK>>s>的修正进行的：$ >>ver>>A>^>>>RDK>\_>KORR>>>=>ver>>A>^>>RDK>>+>\Delta >ver>>A>^>>RDK>>->->->>(>11.0>)>>>s>$$$

根据是哪个负荷探测传感器被采用，对模型调节回路中的修正量Δ $>ver>>A>^>>RDK>>s>进行计算。在测量空气量的情况下，对测量的节气门处的空气流量和节气门处的模型空气流量之间的调节误差进行计算。$

在测量吸气管压力的情况下，对模型吸气管压力和测量的吸气管压力之间的调节误差进行计算。

所以，对于面向空气量的发动机控制系统，借助设在节气门处的空气量测量仪测出的空气流量 $>ver>>m>.>>>DK>->LMM>>>s>是该调节回路的指令参数，而对于面向吸气管压力的发动机控制系统，借助吸气管压力传感器测出的吸气管压力P$_S-SEN被用作指令参数。经由跟踪调节，Δ $>ver>>A>^>>AED>>s>的值随后被如此地确定，即使指令参数和相应的调节参数之间的调误差最大限度地被缩小。$

为了也在动态的运作中用所述的方法达到改善精确度的目的，指令参数的测量值采集必须尽可能精确地被模拟。其中，在大多情况下，传感器的，即或者是空气量测量仪的，或者是吸气管压力传感器的动态特性和随后进行的平均值计算可被考虑。

相应的传感器的动态特性可一阶近似地作为具有或许与工作点有关的延迟时间T₁的一阶系被模拟。

对于面向吸气管压力的发动机控制系统，一个可能的、用于描述传感器特性的方程式为： $>>ver>>P>^>>>S>\_>SEN>>>[>N>]>=>ver>>P>^>>>S>\_>SEN>>>[>N>->1>]>·>>e>>>T>AB>>>T>1>>>>+>ver>>P>^>>S>>[>N>->1>]>·>>(>1>->>e>>>T>AB>>>T>1>>>>)>>,>->->->>(>12.0>)>>>s>$

而对于面向空气质量的发动机控制系统，则可列出关系式 $>>ver>>mver>>.>^>>>>DK>\_>LMM>>>[>N>]>=>ver>>mver>>.>^>>>>DK>\_>LMM>>>[>N>->1>]>·>>e>>>T>AB>>>T>1>>>>+>ver>>mver>>.>^>>>DK>>[>N>->1>]>·>>(>1>->>e>>>T>AB>>>T>1>>>>)>>->->->>(>13.0>)>>>s>T$₁表示相应的传感器的延迟时间。

在控制装置中进行的、对沿一个弧段的测量值的平均值计算可通过关系式 $>>ver>>P>^>>>S>\_>SEN>\_>MIT>>>[>N>]>=>>1>2>>·>>(>ver>>P>^>>>S>\_>SEN>>>[>N>->1>]>+>ver>>P>^>>>S>\_>SEN>>>[>N>]>)>>->->->>(>12.1>)>>>s>或$ >>ver>>mver>>.>^>>>>DK>\_>LMM>\_>MIT>>>[>N>]>=>>1>2>>·>>(>ver>>mver>>.>^>>>>DK>->LMM>>>[>N>->1>]>+>ver>>mver>>.>^>>>>DK>\_>LMM>>>[>N>]>)>>->->->>(>13.1>)>>>s>被模拟。$$

如果存在两个负荷探测传感器，则节气门处的缩小了的通流截面积或者环境压力可被用于使节气门处的空气流量与测出的空气流量平衡。在废气反馈装置运作的情况下，吸气管压力传感器可被用于确定废气反馈阀处的缩小的通流截面或者废气背压。

如果在模型吸气管压力和测出的的吸气管压力之间出现差别，则该差别通过残余气体流量的拟合经由通过Δ $>ver>>A>^>>RRG>>s>的修正$ >ver>>A>^>>RRG>>s>被消除(图3)。如果调量\Delta $ >ver>>A>^>>RRG>>s>沿正的方向超过确定的门限，则对模型参数废气背压进行提高，如果调量$ >ver>>A>^>>RRG>>s>低过负的、可应用的门限，则对模型参数废气背压进行降低。$$$$

在废气反馈阀闭合的情况下，吸气管压力和空气量之间关系用吸气管压力传感器借助参数γ₁被修正(图4)。修正量与转速有关地被确定并被存储在控制装置的永久存储器中。修正值被限定到最大值上。

在存在两个负荷探测传感器(空气量测量仪和吸气管压力传感器)的条件下，用于发动机控制系统的模型补偿在下面被描述。可为该系统规定在图3和4中所示的模型结构。

节气门位置传感器14(图1)提供一个相当于节气门11的开度的信号，即一个节气门开启角度DKW。节气门的缩小的截面 $>ver>>A>^>>RDK>>s>的配属于节气门开启角度DKW不同的值的值存储在发动机的电子控制装置的第一个特性曲线族KF$₁中。图3和4中的分系统“吸气管模型”表示通过方程式(5.2)和(8.1)描述的特性。

模型调节回路的指令参数是节气门处的空气流量的吸气管压力的经由一个弧段平均数的测量值 $>ver>>mver>>.>^>>>>DK>->LMM>>>s>和P$_S-SEN。如果把比例积分调节器用作模型调节回路中的调节器，则残余的调节误差是零，就是说，模型参数和相应的测量参数是等同的。

在使用构成调值的空气量测量仪时，节气门处的空气流量的，首先是在四缸发动机中可观察到的脉动现象导致显著的、正的测量误差并从而导致具有显著的误差的指令参数。通过关断相应的调节器，即通过缩小调节器参数可过渡到可控的、模型辅助的运作。据此，在考虑动态关系的情况下，对在其内出现脉动的范围与对那些在其内存在几乎不受干扰的指令参数的范围一样，可以同一方法被处理。与考虑只在稳定的工作点中的、相关的测量值的方法不同，描述的系统仍可几乎不受限制地工作。在丢失空气量测量仪的或节气门位置传感器的信号的情况下，描述的系统有能力形成一个相应的替代信号。在丢失指令参数的情况下，可控的运作必须被实现，在其它情况下，可调的运作保证系统的几乎没受损害的工作能力。

“吸气管模型”块表示方程式(5.2)和(8.1)所描述的关系并据此具有模型参数 $>ver>>P>^>>S>>s>和$ >ver>>mver>>.>^>>>DK>>s>以及被用作确定基本喷射时间的基础的、进入发动机汽缸的新鲜气体流量$ >ver>>mver>>.>^>>>>Zyl>->FG>>>s>的值作为起始参数。在对空气量测量仪的和吸气管压力传感器的传感器的传输特性进行模拟(方程式12.0和13.0)之后，模型参数$ >ver>>P>^>>S>>s>和$ >ver>>mver>>.>^>>>DK>>s>被平均(方程式12.1和13.1)，使平均数和被吸气管压力传感器测量的值P$$$$$_S-SEN及被空气量测量仪测量的空气流量 $>ver>>m>.>>>DK>->LMM>>>s>可分别被输往一个比较点23、24。$

在图3和图4中，测量参数和节气门处的平均流量的模型参数之间的、在比较点24处形成的差用作在调节器27中计算修正值Δ $>ver>>A>^>>RDK>>s>的基础。缩小的截面的模型数值根据方程式(11.0)，被形成并在发动机的稳定的和不稳定的运作中使对节气门处流量的模型数值的修正成为可能。$

在图3中，吸气管压力的平均的测量数值和吸气管压力的相应的模型数值之间的差被用于计算用以影响废气反馈阀处的残余气体流量的修正值Δ $>ver>>A>^>>RRG>>s>。如果修正量\Delta $ >ver>>A>^>>RRG>>s>超过在门限值级29中规定的门限，则根据\Delta $ >ver>>A>^>>RRG>>s>的符号沿正的或者负的方向对废气背压$ >ver>>P>^>>A>>s>进行修正。$$$$

在图4中，吸气管压力的平均的测量数值和吸气管压力的相应的模型数值之间的差被用于通过γ₁的影响修正进入气缸的流量。

在图3中介绍的方法的优点在于，在用于估算负荷的模型的参数有误差的情况下也可期待负荷的平滑的变化，因为调节作用和负荷之间的差分序(Differenzenordnung)为1。可是，需要根据Δ $>ver>>A>^>>RDK>>s>值和压力比估算环境压力。在图4中介绍的方法的优点在于，在压比$ >>ver>>P>^>>S>>ver>>P>^>>U>>>s>大的情况下也可在宽的范围内改变进入气缸的流量。用该方法可很好地修正进气门的流量系数的变化。$$